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低炭素エネルギー転換のための電気・ガス・水素統合エネルギーシステムのレビュー：計画、運用、市場最適化

A Review of Electricity-Gas-Hydrogen Integrated Energy Systems for Low-Carbon Energy Transition: Planning, Operation and Market Optimization (原題)

Ning Guo, Yingying Zhang

Academic Journal of Management Science and Engineering📚 査読済 / ジャーナル2026-07-17#水素Origin: CN経営インパクト: コスト削減対象セクター: cross_sector
DOI: 10.62051/ajmse.v1n4.04
原典: https://doi.org/10.62051/ajmse.v1n4.04

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本論文は、低炭素エネルギー転換のための電気・ガス・水素統合エネルギーシステムをレビューする。水素は柔軟なエネルギーキャリアおよび長期エネルギー貯蔵媒体として機能し、再生可能エネルギーの利用を向上させる。計画、運用、市場最適化の観点から、Power-to-Gas、水素貯蔵、燃料電池、動的価格設定、Stackelbergゲーム、ロバスト最適化などの手法をまとめている。課題として水素インフラ投資、マルチエネルギー網モデリング、水素市場設計、炭素価格調整、安全基準等を指摘し、今後の研究フレームワークを提案する。

English

This paper reviews electricity-gas-hydrogen integrated energy systems for low-carbon energy transition. Hydrogen acts as a flexible energy carrier and long-duration storage, improving renewable energy utilization. It covers planning, operation, and market optimization, including power-to-gas, hydrogen storage, fuel cells, dynamic pricing, Stackelberg games, and robust optimization. Challenges include hydrogen infrastructure investment, multi-energy network modeling, hydrogen market design, carbon pricing coordination, safety standards, and real-world demonstration. A future research framework is proposed.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本は水素社会の実現を目指しており、本レビューは電気・ガス・水素統合システムの計画・運用・市場設計を包括的にまとめている。日本の水素戦略や再生可能エネルギー統合の政策立案に貢献する知見を提供する。

In the global GX context

Globally, hydrogen is increasingly recognized as a key enabler for deep decarbonization of hard-to-abate sectors. This review synthesizes current knowledge on integrated electricity-gas-hydrogen systems, providing a foundation for system planning, market design, and policy development. It aligns with international efforts like the Hydrogen Council and IEA's hydrogen reports.

👥 読者別の含意

🔬研究者:Provides a comprehensive overview of planning, operation, and market optimization for hydrogen-integrated energy systems, useful for system modeling and optimization research.

🏢実務担当者:Offers insights into hydrogen infrastructure investment and market mechanisms, relevant for energy companies investing in hydrogen projects.

🏛政策担当者:Highlights challenges and future research directions for hydrogen market design and carbon pricing coordination, informing policy frameworks.

📄 抄録（日本語訳）

電気-ガス-水素統合エネルギーシステムは、低炭素エネルギー転換、再生可能エネルギーの受入、多エネルギー協調のための重要な技術的経路となりつつある。風力発電と太陽光発電の導入率が高まるにつれ、従来のエネルギーシステムは、間欠性、不確実性、柔軟性の不足、炭素排出削減に関連する課題にますます直面している。水素、特に再生可能電力による水電解を通じて生産されるグリーン水素は、柔軟なエネルギーキャリア、長期エネルギー貯蔵媒体、部門横断的な連携リソースとして機能し得る。本稿は、システムアーキテクチャ、水素製造、Power-to-Gas技術、水素貯蔵と輸送、協調計画、柔軟な運用、動的価格設定、ロバスト最適化の観点から、電気-ガス-水素統合エネルギーシステムの文献レビューを提供する。レビューによると、Power-to-Gas、水素貯蔵、燃料電池は、再生可能エネルギーの利用を改善し、システムの柔軟性を高めることができる。一方、動的価格設定やStackelbergゲームモデルなどの市場指向型メカニズムは、デマンドレスポンスを導き、統合エネルギーシステムの経済性を向上させることができる。ロバスト最適化は、再生可能エネルギーの発電不確実性と負荷変動を管理するための効果的なツールを提供する。しかしながら、水素インフラ投資、多エネルギーネットワークモデリング、水素市場設計、炭素価格設定の調整、安全基準、実証プロジェクトには依然として課題が残る。最後に、電気-ガス-水素統合エネルギーシステムの将来の研究枠組みを要約するための技術的経路が提案される。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

Electricity-gas-hydrogen integrated energy systems are becoming an important technical pathway for low-carbon energy transition, renewable energy accommodation and multi-energy coordination. With the increasing penetration of wind power and photovoltaic power, conventional energy systems face growing challenges related to intermittency, uncertainty, flexibility shortage and carbon emission reduction. Hydrogen, especially green hydrogen produced by renewable electricity through water electrolysis, can act as a flexible energy carrier, long-duration energy storage medium and cross-sector coupling resource. This paper provides a literature review of electricity-gas-hydrogen integrated energy systems from the perspectives of system architecture, hydrogen production, power-to-gas technology, hydrogen storage and transportation, coordinated planning, flexible operation, dynamic pricing and robust optimization. The review shows that power-to-gas, hydrogen storage and fuel cells can improve renewable energy utilization and enhance system flexibility. Meanwhile, market-oriented mechanisms such as dynamic pricing and Stackelberg game models can guide demand response and improve the economic performance of integrated energy systems. Robust optimization provides an effective tool for managing renewable generation uncertainty and load fluctuation. However, challenges remain in hydrogen infrastructure investment, multi-energy network modeling, hydrogen market design, carbon pricing coordination, safety standards and real-world demonstration. Finally, a technical route is proposed to summarize the future research framework for electricity-gas-hydrogen integrated energy systems.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。